DE2555155A1 - DIELECTRICALLY INSULATED BASE FOR INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUITS AND THE PROCESS FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents

DIELECTRICALLY INSULATED BASE FOR INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUITS AND THE PROCESS FOR THEIR PRODUCTION

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DE2555155A1
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Description

Dielektrisch isolierte Unterlage für integrierte Halbleiterschaltungen und Verfahren
zu ihrer Herstellung
Dielectric insulated pad for integrated semiconductor circuits and processes
for their manufacture

Die Erfindung bezieht sieh auf eine dielektrisch isolierte Unterlage für integrierte Halbleiterschaltungen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Dabei
geht es insbesondere um dielektrisch isolierte Unterlagen für integrierte Halb le it ers ehalt ur.gen mit einer Mehrzahl von einkristallinen Siliziuminseln, in denen Schaltungsbauelemente gebildet sind, die durch dielektrische Isolation voneinander und gegenüber der Unterlage zwecks Bildung von monolithischen integrierten
Halbleitersehaltungen isoliert sind.
The invention relates to a dielectrically insulated support for integrated semiconductor circuits and a method for their production. Included
it is in particular about dielectrically insulated bases for integrated semiconductors with a plurality of monocrystalline silicon islands in which circuit components are formed that are dielectrically isolated from one another and from the base for the purpose of forming monolithic integrated
Semiconductor circuits are isolated.

Die dielektrisch isolierte Unterlage umfaßt ggf. eine große Anzahl von einkristallinen Siliziuminseln, die über einen dielektrischen Isolierfilm aus Siliziumoxid fest mit einer polyicristallinen Siliziumträgersehicht verbunden sind. So ist der mechanische Zusammenhalt zwischen den einzelnen einkristallinen Siliziuminseln und zwischen der polykristallinen Siliziumträger-The dielectrically insulated base may comprise a large number of single-crystal silicon islands, which is fixed to a polyicrystalline silicon carrier layer via a dielectric insulating film made of silicon oxide are connected. Such is the mechanical cohesion between the individual monocrystalline silicon islands and between the polycrystalline silicon substrate

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schient und den einzelnen einkristallinen Siliziuminseln gesichert, und diese Elemente sind elektrisch voneinander isoliert.rail and the individual monocrystalline silicon islands secured, and these elements are electrically isolated from each other.

Solche Scnaltungsbauelemente, wie z. B. Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren, sind in die zahlreichen einkristallinen Siliziuminseln durch Diffusionstechnik eingebracht und untereinander unter Bildung einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung verbunden.Such Scnaltungbauelemente such. B. transistors, Diodes, resistors and capacitors, are in the numerous single crystal silicon islands by diffusion technology introduced and among each other to form a monolithic integrated semiconductor circuit tied together.

Ein typisches bekanntes Verfahren zur Herstellung einer solchen dielektrisch isolierten Unterlage soll anhand der Fig. la - ld erläutert werden.A typical known method for the production of such a dielectrically insulated base is described with reference to the Fig. la-ld are explained.

Eine Oberfläche eines einkristallinen Siliziumplättchens 1, wie es in Pig. la dargestellt ist, wird duren selektives Ätzen mit unter Abständen angeordneten Nuten 2 versehen und anschließend zu Isolationszwecken mit einem SiOp-FiIm 3 überzogen, wie in Fig. Ib veranschaulicht ist. Auf dem SiOp-FiIm 3 wird durch Dampfphasenreaktion von Siliziumchlorid eine polykristalline Siliziumschicht 4 abgeschieden, wie Fig. Ic zeigt. An der Oberfläche dieser polykristallinen Schicht 4 erkennt man, den Nuten 2 entsprechend, kleine Einsenkungen 5· Dann wird die entgegengesetzte Oberfläche des einkristallinen Plättchens 1 bis zu einem Niveau abgeschliffen und poliert, das durch eine Strichpunktlinie angedeutet ist, um dadurch eine Unterlage 7 mit einkristallinen Inselbereichen 6 zu erzeugen, die voneinander durch den SiO2-FiIm 3 getrennt sind, wie in Fig. Id erkennbar ist. Durch Eindiffundieren gewünschter Verunreinigungen in die Inselbereiche 6 nach dem bekannten selek-One surface of a single crystal silicon wafer 1 as disclosed in Pig. 1a, is provided with spaced-apart grooves 2 for selective etching and then coated with a SiOp film 3 for insulation purposes, as illustrated in FIG. 1b. A polycrystalline silicon layer 4 is deposited on the SiOp film 3 by the vapor phase reaction of silicon chloride, as FIG. 1c shows. On the surface of this polycrystalline layer 4, one can see, corresponding to the grooves 2, small depressions 5 To generate island areas 6, which are separated from one another by the SiO 2 -FiIm 3, as can be seen in Fig. Id. By diffusing desired impurities into the island areas 6 according to the known selective

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tiven Diffusionsverfahren lassen sich dann die Schaltungsbauelemente erzeugen. The circuit components can then be produced using a diffusion method.

Jedo.cn ergibt sich bei dem vorstehend erläuterten bekannten Verfahren zur Herstellung der dielektrisch isolierten Unterlage das scnwierige Problem, daß die Unterlage 7 nach dem Schritt zur Abscheidung der polykristallinen Schicht 4 entsprechend Fig. Ic eine Krümmung aufweist. Dieses Problem kann (1) vom Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem einkristallinen Siliziumplättchen und der polykristallinen Siliziumschicht und (2) von der Kontraktion infolge Rekristallisation der polykristallinen Schicht an sich während ihres Wachstums verursacht sein. Insbesondere neigt die polykristalline Schicht dazu, eine konkave Gestalt anzunehmen. Die Unterlage 7 mit so gebildeten Krümmungen verhindert, daß das einkristalline Plättchen beim anschließenden Schleifund Polierverfahren gleichmäßig poliert wird, was dazu führt, daß sich eine für die selektive Diffusion zu verwendende Photoresistmaske nicht in engen Kontakt mit der polierten Oberfläche des einkristallinen Plättchens bringen läßt.Jedo.cn results from the above-described known method for producing the dielectrically insulated Underlay the difficult problem that the underlay 7 after the step of depositing the polycrystalline Layer 4 according to FIG. 1c has a curvature. This problem can be caused by (1) the difference in thermal expansion coefficients between the single crystal Silicon wafer and the polycrystalline silicon layer and (2) the contraction due to recrystallization of the polycrystalline layer itself during its growth be caused. In particular, the polycrystalline layer tends to take a concave shape. The underlay 7 with curvatures formed in this way prevents the monocrystalline platelet from subsequently grinding and Polishing process is polished uniformly, which results in one to be used for selective diffusion Do not bring the photoresist mask into close contact with the polished surface of the single crystal wafer leaves.

Der Erfindung liegt'die Aufgabe zugrunde, eine dieelektrisch isolierte Unterlage für integrierte Halbleiterschaltungen mit feinem Aufbau und ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben, die eine hohe Genauigkeit bei Massenproduktion zulassen, indem eine geringere Krümmung der Unterlage gewährleistet wird, so daß sich sowohl genaue Schleif- und Poliervorgänge als auch ein genauer Photoätzprozeß durchführen lassen.The invention is based on the object of providing a dieelectrically insulated pad for integrated semiconductor circuits with a fine structure and a corresponding Specify manufacturing processes that allow high precision in mass production by lowering Curvature of the substrate is guaranteed, so that both precise grinding and polishing processes as well as a more accurate Have the photo-etching process carried out.

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Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst eine -dielektrisch isolierte Unterlage für integrierte Halbleiterschaltungen mit einer Mehrzahl von einkristallinen Siliziuminseln, in denen Schaltungsbauelemente gebildet sind, einer polykristallinen Siliziumträgerschicht und einem zwischen den einkristallinen Siliziuminseln und der Trägerschicht angebrachten, die Siliziuminseln untereinander und von der Trägerschicht isolierenden Siliziumoxidfilm, mit dem Kennzeichen, daß der Trägerschichtbereich aus einer abwechselnden Schichtenfolge von 3 bis 12 polykristallinen Siliziumschichten und zwischengefügten Siliziumoxidschichten besteht. The object of the invention, with which this object is achieved, is initially a dielectrically isolated Base for integrated semiconductor circuits with a plurality of single-crystal silicon islands in which Circuit components are formed, a polycrystalline silicon substrate and one between the monocrystalline Silicon islands and the carrier layer attached, the silicon islands from one another and from the carrier layer insulating silicon oxide film, characterized in that the support layer area consists of an alternating Layer sequence consists of 3 to 12 polycrystalline silicon layers and interposed silicon oxide layers.

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer solchen dielektrisch isolierten Unterlage, bei dem man in einer Hauptoberfläche eines einkristallinen Siliziumplättchens unter Abständen Nuten bildet, auf der Oberfläche mit den Nuten einen dielektrischen Film vorsieht, auf dem dielektrischen Film polykristallines Silizium als Trägerschicht abscheidet, die entgegengesetzte, glatte Hauptoberfläche des Siliziumplättchens poliert, bis die Nuten nach außen reichen und mehrere durch den dielektrischen Film isolierte einkristalline Siliziuminseln gebildet sind, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man nach Vorsehen des dielektrischen FiIm3 auf diesem als Trägerschichtbereich eine abwechselnde Schichtenfolge von 3 bis 12 polykristallinen Siliziumschichten und zwischengefügten Siliziumoxidschichten abscheidet, bevor man das Polieren der entgegengesetzten HauptOberfläche des einkristallinen Siliziumplättchens vornimmt.In a method for producing such a dielectrically insulated base, in which one in a Main surface of a single crystal silicon wafer forms grooves at intervals on the surface with the Grooves a dielectric film provides on the dielectric film polycrystalline silicon as a support layer The opposite, smooth main surface of the silicon wafer is polished until the grooves face outwards and a plurality of single crystal silicon islands isolated by the dielectric film are formed The object is achieved according to the invention in that one after Providing the dielectric film 3 thereon as a carrier layer area an alternating layer sequence of 3 to 12 polycrystalline silicon layers and interposed ones Deposits silicon oxide layers before polishing the opposite major surface of the single crystal silicon wafer makes.

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Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß polykristallines Silizium einen größeren, Siliziumdioxid dagegen einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als den des einkristallinen Siliziums aufweist. Durch die abwechselnde Schichtenfolge von polykristallinen Siliziumschichten und Siliziumdioxidfilmen läßt sich daher praktisch eine Krümmung der Unterlage vermeiden.This takes advantage of the fact that polycrystalline silicon is larger, silicon dioxide, on the other hand has a smaller coefficient of thermal expansion than that of the monocrystalline silicon. Through the alternating layer sequences of polycrystalline silicon layers and silicon dioxide films can therefore be used practically avoid a curvature of the surface.

Durch Zusetzen solcher oxydierender Gase, wie z. B. Kohlendioxidgas, Sauerstoff und Wasserdampf, in einem bestimmten Zeitintervall zu einem Reaktionsgas, das gebildet wird, wenn eine Silizium-Chlor-Verbindung, z. B. Trichlorsilan (SiHCl-,), mit Wasserstoff unter Dampfphasenreduktionsreaktion zur Abscheidung von polykristalline» Silizium reagiert, läßt sich der Vielfachschichtaufbau leicht und kontinuierlich, d. h. ohne Entnahme des einkristallinen Plättchens aus dem Reaktionsofen im Lauf der Beschichtungsreaktion erzeugen. Wenn der Trägerschichtbereich mit dem Vielfachschichtaufbau gemäß im wesentlichen der vorstehend beschriebenen Technik erzeugt wird, lassen sich der Grad und die Richtung der Krümmung steuern, indem man die Anzahl der polykristallinen Schichten geeignet so wählt, daß es möglich ist, eine Unterlage herzustellen, die für praktische Zwecke im wesentlichen als krümmungsfrei angesehen werden kann. Insbesondere kann die Unterlage, wenn die Anzahl der polykristallinen Schichten im Bereich von 3 -12 gewählt wird, praktisch frei von einer Ausbildung einer Krümmung sein.By adding such oxidizing gases as e.g. B. carbon dioxide gas, oxygen and water vapor, in a certain time interval to a reaction gas that is formed when a silicon-chlorine compound, z. B. trichlorosilane (SiHCl-,), reacts with hydrogen under vapor phase reduction reaction for the deposition of polycrystalline »silicon, the multilayer structure can be easily and continuously, ie without removing the single crystalline platelet from the reaction furnace in the course of the coating reaction. When the substrate portion is formed with the multilayer structure according to essentially the above-described technique, the degree and the direction of the curvature can be controlled by appropriately selecting the number of polycrystalline layers so that it is possible to produce a substrate suitable for practical use Purposes can be viewed essentially as curvature-free. In particular, the pad, when the number of polycrystalline layers in the range of 3 - 12 is selected to be practically free from the formation of a curvature.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiefe näher erläutert; darin zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiment illustrated in the drawing; in this demonstrate:

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Pig. la bis ld die schon erläuterten Schnittansichten zur Veranschaulichung der einzelnen Verfahrensschritte eines bekannten Verfahrens zur Herstellung einer dielektrisch isolierten Unterlage;Pig. la to ld the sectional views already explained to illustrate the individual process steps of a known method for producing a dielectrically insulated base;

Fig. 2a bis 2d Schnittansichten zur Veranschaulichung der einzelnen Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer dielektrisch isolierten Unterlage gemäß der Erfindung; 2a to 2d are sectional views for illustration the individual process steps of a process for producing a dielectrically insulated Pad according to the invention;

Fig. 3 eine grafische Darstellung von Versuchsergebnissen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Zahl der polykristallinen Siliziumschichten eines vielschichtigen Trägerschi«
der Unterlage;
3 is a graphical representation of experimental results to illustrate the relationship between the number of polycrystalline silicon layers of a multi-layer carrier sheet.
the document;

gen Trägerschichtbereiches und der Krümmunggen carrier layer area and the curvature

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Dicke eines polykristallinen Trägerschichtbereichs mit Einschichtaufbau und der Krümmung der Unterlage;Fig. 4 is a graphical representation for illustrative purposes the relationship between the thickness of a polycrystalline support layer region with a single-layer structure and the curvature of the Document;

Fig. 5 eine grafische Darstellung zur Erklärung, wie die Anzahl der Schichten für einen Vielfachschichtaufbau zu bestimmen ist, der sich zur Erzeugung eine* Unterlage mit geringerer Krümmung, insbesondere mit einem Krümmungsradius von mehr als etwa 10 m eignet; Fig. 5 is a graph for explaining how the number of layers for a multilayer structure is to be determined, who is to generate a * document with lower Curvature, in particular with a radius of curvature of more than about 10 m;

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Pig. 6 eine Schnittansicht eines anderen Ausfilhrungsbeispiels der Erfindung; undPig. 6 is a sectional view of another embodiment the invention; and

Fig. 7 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 7 is a sectional view of a further embodiment of the invention.

Ein einkristallines Siliziuraplättchen 10 vom N-Typ mit einer Dicke von 300 - 100 ,um und einer (1OQ)-FIachenorientierung mit geschliffenen und polierten parallelen Oberflächen, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, wird durch selektives Ätzen in an sich bekannter Weise mit Nuten 11 unter gegenseitigen Abständen ausgebildet, wie in Fig. 2b dargestellt ist. Das mit den unter Abständen befindlichen JSuten 11 versehene einkristalline Plättchen 10 wird in einem Reaktionsofen angeordnet, wie er für übliche Epitaxiewachstumsvorgänge verwendet wird, und bei hoher temperatur von 1100 bis 125O°C in der Atmosphäre einer strömenden Gasmischung, die Trichlorsilan (SiHGl,), Wasserstoff und Kohlendioxidgas (CO2) enthält, mit Siliziumoxid 12 in einer Dicke von 1,5 ,um beschichtet. Es folgt die Abscheidung einer ersten polykristallinen Siliziumschicht 13a von etwa 45 -um Dicke, wenn anschließend eine Gasmischung, die Trichlorsilan und Wasserstoff enthält, strömt, wogegen der Kohlendioxidgasstrom unterbrochen ist, wobei die Reaktionstemperatur beibehalten wird. Dann wird durch erneutes Einlassen von Kohlendioxidgas in das Reaktionssystem bei fortgesetzter Zuführung von TriChlorsilan und Wasserstoff ein Siliziumoxidfilm l4a von etwa 0,3 bis 2 ,um Dicke auf der ersten polykristallinen Schicht 13a gebildet. In dieser Weise werden Siliziumoxidfilme l4aA monocrystalline silicon wafer 10 of the N-type with a thickness of 300-100 μm and a (10Q) surface orientation with ground and polished parallel surfaces, as shown in FIG Grooves 11 formed at mutual intervals, as shown in Fig. 2b. The single-crystalline wafer 10 provided with the spaced-apart Jsuten 11 is placed in a reaction furnace, as it is used for conventional epitaxial growth processes, and at a high temperature of 1100 to 125O ° C in the atmosphere of a flowing gas mixture, the trichlorosilane (SiHGl,), Contains hydrogen and carbon dioxide gas (CO 2 ), coated with silicon oxide 12 to a thickness of 1.5 µm. This is followed by the deposition of a first polycrystalline silicon layer 13a of about 45 μm thickness when a gas mixture containing trichlorosilane and hydrogen then flows, whereas the carbon dioxide gas flow is interrupted, the reaction temperature being maintained. Then, by again admitting carbon dioxide gas into the reaction system with continued supply of trichlorosilane and hydrogen, a silicon oxide film 14a of about 0.3 to 2 µm in thickness is formed on the first polycrystalline layer 13a. In this way, silicon oxide films 14a

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bis l4m und polykristalline Siliziumschichten 13a bis 13n abwechselnd mit der Maßgabe übereinander geschichtet, daß die Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoffgas und Kohlendioxidgas zum Vermischen mit Trichlorsilan entsprechend den jeweils gewünschten Reaktionsschritten reguliert wird. Die Reaktionstemperatur wird unverändert beibehalten. Nachdem also der Siliziumoxidfilm I1Ja gebildet ist, unterbricht man die Einführung von Kohlendioxidgas in das Reaktionssystem wieder und führt die Strömungsgeschwindigkeitn von Trichlorsilan und Wasserstoff auf den Wert für die Bildung der polykristallinen Siliziumschicht 13a zurück, um so eine zweite polykristalline Siliziumschicht 13b mit etwa 45 ,um Dicke zu bilden. Durch Wiederholen dieser Verfahrensschritte werden abwechselnd eine dritte, vierte und fünfte polykristalline Siliziumschicht von je etwa 45 ,um Dicke und damit abwechselnd Siliziumoxidfilme von je 0,3 - 2 .um Dicke gebildet, so daß man einen Trägerbereich 15 mit einem Vielfachschichtaufbau von insgesamt etwa 230 ,um Dicke erhält, der aus polykristallinen Siliziumschichten und Siliziumoxidfilmen besteht. to 14m and polycrystalline silicon layers 13a to 13n are alternately stacked with the proviso that the flow rate of hydrogen gas and carbon dioxide gas for mixing with trichlorosilane is regulated according to the reaction steps desired in each case. The reaction temperature is maintained unchanged. Thus, after the silicon oxide film I 1 Ja is formed, the introduction of carbon dioxide gas into the reaction system is interrupted again and the flow rates of trichlorosilane and hydrogen are reduced to the value for the formation of the polycrystalline silicon layer 13a, so that a second polycrystalline silicon layer 13b of about 45 to form thickness. By repeating these process steps, a third, fourth and fifth polycrystalline silicon layer each approximately 45 μm thick and thus alternately silicon oxide films each 0.3-2 μm thick are formed, so that a carrier area 15 with a multilayer structure totaling approximately 230 to obtain thickness consisting of polycrystalline silicon layers and silicon oxide films.

Bei der Erzeugung des Trägerbereichs 15 mit dem Vielfachschichtaufbau können auch andere Silizium-Chlor-Verbindungen als Trichlorsilan, wie z. B. Siliziumtetrachlorid (SiCl11) oder Dichlorsilan (SiH2Cl2) oder Monosilan (SiH1.) als Siliziumquelle verwendet werden, und man kann auch andere oxydierende Gase, wie z. B. Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoffdioxid, anstelle des Kohlendioxidgases verwenden. Diese Technik wird in der US-Patentanmeldung 531 167 vom 9. 12. 1974 erläutert.When generating the carrier area 15 with the multilayer structure, other silicon-chlorine compounds than trichlorosilane, such as. B. silicon tetrachloride (SiCl 11 ) or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) or monosilane (SiH 1. ) Can be used as the silicon source, and you can also use other oxidizing gases, such as. Use water vapor, oxygen and nitrogen dioxide in place of the carbon dioxide gas. This technique is illustrated in U.S. Patent Application 531,167 dated Dec. 9, 1974.

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Eine Unterlage l6 mit dem Vielfachschichtträgerbereich 15» der in dieser Weise eine fünffache polykristalline Schicht erhalten hat, ergibt einen Krümmungsradius im Bereich von 10 bis 100 m und weist somit eine erheblich verringerte Krümmung im Vergleich mit einem Krümmungsradius von 3 bis 5 m einer Unterlage mit dem bekannten einschichtigen polykristallinen Trägerbereich 4 gemäß Fig. 1 auf, wenn man Unterlagen mit insgesamt gleicher Dicke vergleicht.A base 16 with the multi-layer carrier area 15 'which in this way is five times polycrystalline Layer has received, gives a radius of curvature in the range of 10 to 100 m and thus has a Significantly reduced curvature compared to a 3 to 5 m radius of curvature of a pad with the known single-layer polycrystalline carrier area 4 according to FIG. 1, if you have documents with a total of same thickness compares.

Die Größe und die Richtung der Krümmung der Unterlage 16 mit dem Vielschichtträgerbereich 15 lassen sich durch die Zahl der polykristallinen Siliziumschichten steuern.The size and the direction of the curvature of the base 16 with the multilayer carrier area 15 can be determined control by the number of polycrystalline silicon layers.

Pig. 3 zeigt ein Beispiel von Versuchsergebnissen, die die Beziehung zwischen dem Vielschichtaufbau und der Krümmung der Unterlage zeigen. Die Größe der Krümmung ist einerseits als Maximalbiegungsausschlag H und andererseits als Krümmungsradius für den Fall angegeben, daß die Unterlage einen Durchmesser von 50 mm aufweist, wobei das Pluszeichen einer konkaven Krümmung des Trägerbereichs (und dementsprechend einer konvexen Krümmung des einkristallinen Plättchens) und das Minuszeichen einer konvexen Krümmung des Trägerbereichs entspricht. Die Kurve öl gibt die Meßwerte für einen Trägerbereich einer Gesamtdicke von 210 - 260 .um und die Kurve β die Meßwerte für einen Trägerbereich mit der Gesamtdicke von 430 bis 480 ,um wieder. Wenn die Anzahl der polykristallinen Siliziumschichten wächst, kehrfcsich die Krümmungsrichtung um, so daß der polykristalline Siliziumträgerbereich beginnt,Pig. Fig. 3 shows an example of test results showing the relationship between the multilayer structure and the curvature of the substrate. The size of the curvature is given on the one hand as the maximum deflection H and on the other hand as the radius of curvature for the case that the base has a diameter of 50 mm, with the plus sign indicating a concave curvature of the carrier area (and, accordingly, a convex curvature of the single-crystalline plate) and the minus sign being a corresponds to the convex curvature of the carrier area. The curve oil gives the measured values for a carrier area with a total thickness of 210-260 μm and the curve β the measured values for a carrier area with a total thickness of 430 to 480 μm. As the number of polycrystalline silicon layers increases, the direction of curvature reverses so that the polycrystalline silicon substrate area begins,

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die Form einer konvexen Oberfläche anzunehmen. In dieser Weise lassen sich bei dem Trägerbereich mit dem Vielfachschichtaufbau die Größe und die Richtung der Krümmung der Unterlage nach Wunsch durch die Zahl der polykristallinen Schichten mit sehr guter Reproduzierbarkeit steuern. Es ist zu bemerken, daß die Beziehung zwischen der Anzahl der polykristallinen Siliziumschichten und der Krümmung der Unterlage von der Gesamtdicke des Trägerbereichs abhängt. Pig. 4 zeigt die auf Meßwerten basierende Beziehung zwischen der Dicke des polykristallinen Trägerbereichs mit einem Einschichtaufbau und der Krümmung der Unterlage. Pluszeichenwerte auf der Ordinate zeigen wieder an, daß der polykristalline Trägerbereich eine konkave Krümmung wie links in Fig. 3 zeigt. Je dicker der polykristalline Trägerbereich wird, umso stärker ist die Krümmung der Unterlage.take the form of a convex surface. In this way, the carrier area with the multilayer structure the size and the direction of curvature of the substrate as desired by the number of polycrystalline Control layers with very good reproducibility. It should be noted that the relationship between the number of the polycrystalline silicon layers and the curvature of the substrate depends on the total thickness of the carrier area. Pig. Fig. 4 shows the measurement-based relationship between the thickness of the polycrystalline support region with a single-layer structure and the curvature of the base. Plus sign values on the ordinate again indicate that the polycrystalline carrier area shows a concave curvature as shown on the left in FIG. 3. The thicker the polycrystalline The greater the curvature of the substrate, the greater the carrier area.

Man leitet aus Fig. 3 und 4 und anderen Versuchsergebnissen ab, daß, wenn ein aus polykristallinen Siliziumschichten und Siliziumoxidfilmen bestehender polykristalliner Vielschichtträgerbereich mit etwa 200 500 .um Dicke auf einem 300 - 100 .um dicken einkristallinen Siliziumplättchen mit (lOO)-Flächenorientierung bei Aufwachstemperaturen von 1100 bis 125O°C gebildet wird, die Beziehung zwischen der Krümmung der Unterlage und der Anzahl der polykristallinen Siliziumschichten angenähert durch die folgende empirisch ermittelte Formel It is derived from Figs. 3 and 4 and other experimental results that when a polycrystalline silicon layer and silicon oxide films, polycrystalline multilayer support area of about 200,500 .um thickness on a 300 - 100 .um thick monocrystalline Silicon platelets with (100) surface orientation formed at growth temperatures of 1100 to 125O ° C becomes the relationship between the curvature of the substrate and the number of polycrystalline silicon layers approximated by the following empirically determined formula

H eg A · η + B ^H eg A η + B ^

erhalten werden kann, worin H den maximal zulässigencan be obtained where H is the maximum allowable

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- ii -- ii -

Biegungsausschlag in .um für eine Unterlage mit einem Durchmesse'r von 50 mm, η (positive Ganzzahl) die Zahl der polykristallinen Siliziumschichten und A und B Konstanten bedeuten.Bend deflection in .um for a base with a Diameter of 50 mm, η (positive integer) the number of polycrystalline silicon layers and A and B constants mean.

Allgemein hängt die Krümmung der Unterlage mit dem Vielfachschichtaufbau von der Zahl der polykristallinen Siliziumschichten und deren Dicke, wie beschrieben, in großem Ausmaß ab. Andere Parameter, die Einfluß auf die Größe der Krümmung haben, sind die Dicke des einkristallinen Plättchens, dessen Flächenorientierung, die Wachstumstemperatur der polykristallinen Siliziumschichten, deren Wachstumsgeschwindigkeit und die Dicke der Siliziumoxidfilme. Unter diesen haben die Flächenorientierung des einkristallinen Plättchens und die Dicke der Siliziumoxidfilme einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf die Krümmung, so daß ihr Einfluß fast vernachlässigbar sein kann. Es wurde nachgewiesen, daß solche Parameter wie Dicke des einkristallinen Plättchens, Wachstumstemperatur der polykristallinen Siliziumschichten und deren Wachstumsgeschwindigkeit hauptsächlich die Konstante B der Formel (1) beeinflussen, jedoch wenig Einfluß auf die Konstante A haben. Versuchsergebnisse zeigten, daß unter der Bedingung, daß die Dicke des einkristallinen Plättchens 300 - 100 ,um, die Dicke des Trägerbereichs 200 - 500 ,um, die Wachstumstemperatur der polykristallinen Siliziumschichten 1100 bis 1250 0C und die Wachstumsgeschwindigkeit 1 bis 8 ,um/min betragen, Werte von A = -18 (,um je Einzelschicht) und von B=? 60 - 200 (,um) gelten» Man ersieht aus diesen Versuchsergebnissen,In general, the curvature of the substrate with the multilayer structure depends to a large extent on the number of polycrystalline silicon layers and their thickness, as described. Other parameters which have an influence on the magnitude of the curvature are the thickness of the monocrystalline wafer, its surface orientation, the growth temperature of the polycrystalline silicon layers, their growth rate and the thickness of the silicon oxide films. Among them, the face orientation of the single crystal wafer and the thickness of the silicon oxide films have relatively little influence on the curvature, so that their influence can be almost negligible. It has been verified that such parameters as the thickness of the single crystal wafer, the growth temperature of the polycrystalline silicon layers and the growth rate thereof mainly influence the constant B of the formula (1) but have little influence on the constant A. Experimental results showed that, under the condition that the thickness of the single crystal plate 300-100 to the thickness of the support portion 200-500 to the growth temperature of the polycrystalline silicon layers 1100 to 1250 0 C and the growth rate of 1 to 8, um / min be, values of A = -18 (, um per individual layer) and of B =? 60 - 200 (um) apply »You can see from these test results that

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daß die Anzahl der polykristallinen Siliziumschichten im Vielfachschichtaufbau unter den obigen Bedingungen vorzugsweise 3 - 12 sein soll, um eine Unterlage möglichst geringer Krümmung mit einem Krümmungsradius von mehr als 10 m herzustellen, der für praktische Zwecke befriedigt, wie innerhalb des schraffierten Bereichs in Fig. 5 angedeutet ist.that the number of polycrystalline silicon layers in the multilayer structure under the above conditions preferably 3 - 12 should be around a base if possible small curvature with a radius of curvature greater than 10 m for practical purposes satisfied, as is indicated within the hatched area in FIG.

Beim am meisten praktizierten Herstellungsver^ fahren der dielektrisch isolierten Unterlage verwendet man ein einkristallines Plättchen von Mo - 90 mm Durchmesser und 200 - 400 ,um Dicke als Ausgangskristall und läßt eine polykristalline Siliziumschicht bei Temperaturen von 1100 bis 1250 0C und Wachstumsgeschwindigkeiten von 1-8 ,um/min aufwachsen. Daher sind die oben zur Erläuterung der Erfindung angegebenen Bedingungen für praktische Zwecke befriedigend.In the most common manufacturing process for the dielectrically insulated substrate, a single-crystalline platelet with a diameter of Mo - 90 mm and a thickness of 200-400 μm is used as the starting crystal and a polycrystalline silicon layer is left at temperatures of 1100 to 1250 ° C. and growth rates of 1-8 to grow up to / min. Therefore, the conditions given above to illustrate the invention are satisfactory for practical purposes.

Durch Entfernen des mit dem Trägerbereich 15 des so hergestellten Vielfachschichtaufbaus beschichteten einkristallinen Plättchens 10 mittels Schleifens und Spiegelpolierens bis zu einem durch eine in Fig. 2c eingezeichnete Strichpunktlinie bezeichneten Niveau erhält man die fertige dielektrisch isolierte Unterlage 16 mit einkristallinen N-Inselbereichen 17· Die mit dem polykristallinen Trägerbereich 15 ausgebildete Unterlage 16 erhält man im wesentlichen ohne Krümmung, so daß der vorher erwähnte Poliervorgang mit hoher Gleichmäßigkeit und Genauigkeit im Vergleich mit dem bekannten Verfahren ablaufen kann und so eine merklicheBy removing the coated with the carrier area 15 of the multiple-layer structure produced in this way single crystal wafer 10 by means of grinding and mirror polishing up to one by one in Fig. 2c The finished dielectrically insulated base is obtained at the level indicated by the dashed-dotted line 16 with single crystal N island regions 17 · The Base 16 formed with the polycrystalline carrier area 15 is obtained essentially without curvature, so that the aforementioned polishing process can be performed with high uniformity and accuracy as compared with that known procedures can run and so a noticeable

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Verbesserung der Produktausbeute erzielt wird.Improvement in product yield is achieved.

In den einzelnen einkristallinen Inselbereichen der so hergestellten dielektrisch isolierten Unterlage l6 kann man nach dem bekannten selektiven Diffusionsverfahren solche Schaltungsbauelemente wie Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren mit hoher Genauigkeit bilden.In the individual monocrystalline island areas of the dielectrically insulated base produced in this way 16 circuit components such as transistors, Form diodes, resistors and capacitors with high accuracy.

Beim bekannten Verfahren, nach dem die Unterlage mit der einzigen polykristallinen Schicht gebildet wird, weist die polykristalline Siliziumschicht unvermeidlich eine konkave Krümmung auf, da diese Schicht einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizient von 7,6 * 10~ /0C als den des einkristallinen Siliziumplättchene von 2,5 * 10 /0C aufweist. Außerdem kann man annehmen, daß beim Aufwachsen durch.Dampfphasenreaktion bei hoher Temperatur ein Siliziumpolykristall von sich aus eine gewisse Kontraktion durch Neuordnung der Atome erleidet. Daher kann diese Erscheinung ohne weiteres zu einer konkaven Krümmung der polykristallinen Schicht der Unterlage führen, wenn der Trägerbereich aus einer einzigen polykristallinen Schicht erzeugt wird. Der Radius einer solchen konkaven Krümmung ist üblicherweise kleiner als etwa 5 - 7 m und hängt dabei von den Bedingungen des Wachstums der polykristallinen Siliziumschicht ab. Dagegen wirken, wenn der Trägerbereich %5 die erfindungsgemäße Form eines aus mehreren polykristallinen Siliziumschichten und Siliziumoxidfilmen bestehenden Vielfachschichtaufbaus annimmt, die Siliziumoxidfilme der für die VerursachungIn the known method, according to which the base is formed with the single polycrystalline layer, the polycrystalline silicon layer inevitably has a concave curvature, since this layer has a higher coefficient of thermal expansion of 7.6 * 10 ~ / 0 C than that of the monocrystalline silicon wafer of 2, 5 * 10/0 C. In addition, it can be assumed that a silicon polycrystal undergoes a certain contraction by itself due to the rearrangement of the atoms when it grows through a vapor phase reaction at high temperature. This phenomenon can therefore easily lead to a concave curvature of the polycrystalline layer of the base if the carrier area is produced from a single polycrystalline layer. The radius of such a concave curvature is usually smaller than about 5-7 m and depends on the conditions of the growth of the polycrystalline silicon layer. On the other hand, when the support region 5 takes the form of a multilayer structure composed of a plurality of polycrystalline silicon layers and silicon oxide films according to the present invention, the silicon oxide films act as the cause

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der konkaven Krümmung des polykristallinen Schichtbereichs verantwortlichen Kraft durch Ausgleichen der Krümmung entgegen, so daß der Krümmungsradius der Unterlage ohne weiteres bis auf mehr als 10 m gesteuert vergrößert werden kann, wodurch der Grad der Krümmung sehr weitgehend reduziert wird. Diese Wirkung der Erfindung dürfte darauf beruhen, daß der Siliziumoxidfilm einen weit geringeren Wärmeausdehnungskoeffizient von 0,5 · 10~ /0G als den des Siliziumeinkristalls aufweist und daß, wenn der Siliziumoxidfilm gebildet wird, längs der Korngrenzen innerhalb der polykristallinen Siliziumschicht vorhandener Sauerstoff in den Korngrenzenbereich eindringt oder eindiffundiert, um eine oxydierte Oberfläche der Korngrenzen oder eine Abscheidung von Siliziumoxid zu bilden, die zur Ausdehnung der polykristallinen Schicht oder zur Vermeidung deren Kontraktion wirksam ist.counteracting the concave curvature of the polycrystalline layer area by compensating the curvature, so that the radius of curvature of the base can easily be increased in a controlled manner up to more than 10 m, whereby the degree of curvature is very largely reduced. This effect of the invention is believed to be due to the fact that the silicon oxide film has a coefficient of thermal expansion far lower than that of the silicon single crystal of 0.5 x 10 ~ / 0 G and that when the silicon oxide film is formed, oxygen present in the grain boundaries within the polycrystalline silicon layer Grain boundary area penetrates or diffuses to form an oxidized surface of the grain boundaries or a deposition of silicon oxide, which is effective for expanding the polycrystalline layer or preventing its contraction.

Obwohl die Erfindung bisher nur bezüglich der Bildung eines polykristallinen Vielfachschichtträgerbereichs zum Tragen der dielektrisch isolierten Unterlage von einkristallinen Inseln beschrieben wurde, ist sie auf die Herstellung einer solchen dielektrisch isolierten Unterlage allein nicht beschränkt. Offensichtlich ist die Erfindung in weitem Umfang auf die Herstellung von Halbleiterunterlagen anwendbar, die einen polykristallinen Trägerbereich erfordern. Beispielsweise ist in Fig. 6 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Trägerbereich 22 zur Aufnahme einer einkristallinen Dünnfilmsiliziumschicht 21 dargestellt, wobei der Trägerbereich abwechselnd aus Siliziumoxidfilmen 23 undAlthough the invention so far only relates to the formation of a polycrystalline multilayer support region for supporting the dielectrically insulated support of single-crystal islands has been described, it is on the Production of such a dielectrically insulated base alone is not limited. Obviously that is Invention broadly applied to the manufacture of semiconductor substrates applicable that require a polycrystalline support area. For example, in FIG. 6 as a further exemplary embodiment of the invention, a carrier region 22 for receiving a monocrystalline thin-film silicon layer 21 shown, the carrier area alternating from silicon oxide films 23 and

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polykristallinen Siliziumschichten 24 besteht. Schließlich ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 7 dargestellt, wonach eine große Zahl von einkristallinen Siliziumplättehen von einem Trägerbereich 32 getragen wird, der abwechselnd aus Siliziumoxidfilmen und polykristallinen Siliziumschichten 3^ besteht.polycrystalline silicon layers 24 consists. In the end Another embodiment of the invention is shown in Fig. 7, after which a large number of single crystal Silicon wafer is carried by a support region 32 which is made up of alternating silicon oxide films and polycrystalline silicon layers 3 ^.

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Claims (5)

- 16 Patentansprüche - 16 claims f IJ Dielektrisch isolierte Unterlage für integrierte Halbleiterschaltungen mit einer Mehrzahl von einkristallinen Siliziuminseln, in denen Schaltungsbauelemente gebildet sind, einer polykristallinen Siliziumträgerschicht und einem zwischen den einkristallinen Siliziuminseln und der Trägerschicht angebrachten, die Siliziuminseln untereinander und von der Trägerschicht isolierenden Siliziumoxidfilm,f IJ Dielectric insulated pad for integrated Semiconductor circuits comprising a plurality of monocrystalline silicon islands in which circuit components are formed are, a polycrystalline silicon substrate and one between the single crystal silicon islands and attached to the carrier layer, isolating the silicon islands from one another and from the carrier layer Silicon oxide film, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Trägerschichtbereich (15) aus einer abwechselnden Schichtenfolge von 3 bis 12 polykristallinen Siliziumschichten (13a ... 13n) und zwischengefügten Siliziumoxidschichten (l4a ... l4m) besteht.that the carrier layer area (15) consists of an alternating layer sequence of 3 to 12 polycrystalline silicon layers (13a ... 13n) and interposed silicon oxide layers (l4a ... l4m). 2. Verfahren zum Herstellen einer dielektrisch isolierten Unterlage nach Anspruch 1, bei dem man in einer Hauptoberfläche eines einkristallinen Siliziumplättchens unter Abständen Nuten bildet, auf der Oberfläche mit den Nuten einen dielektrischen Film vorsieht, auf dem dielektrischen Film polykristallines Silizium als Trägerschicht abscheidet, die entgegengesetzte, glatte Hauptoberfläche des Siliziumplättchens poliert, bis die Nuten nach außen reichen und mehrere durch den dielektrischen Film isolierte einkristalline Siliziuminseln gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Vorsehen des dielektrischen Films (12) auf diesem als Trägerschichtbereich (15) eine abwechselnde Schichtenfolge von 3 bis 12 polykristallinen2. A method for producing a dielectrically insulated support according to claim 1, in which one main surface of a single crystal silicon wafer forms grooves at intervals on the surface with the grooves provides a dielectric film on which polycrystalline silicon is deposited as a carrier layer, the opposite, smooth main surface of the silicon wafer is polished until the grooves extend outwards and a plurality of single crystal silicon islands isolated by the dielectric film are formed, characterized in that that, after the dielectric film (12) has been provided on this as a carrier layer region (15), an alternating Layer sequence of 3 to 12 polycrystalline 6 0 9 8 2 5/07276 0 9 8 2 5/0727 Siliziumschichten (13a ...13n) und zwischengefügten
Siliziumoxidschichten (14a ... I1Jm) abscheidet, bevor man das Polieren der entgegengesetzten Hauptoberfläche des einkristallinen Siliziumplättchens (10) vornimmt.
Silicon layers (13a ... 13n) and interposed
Deposits silicon oxide layers (14a ... I 1 Jm) before the polishing of the opposite main surface of the single-crystal silicon wafer (10) is carried out.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein einkristallines Siliziumplättchen (10)3. The method according to claim 2, characterized in that a single-crystal silicon plate (10) von 300 - 100 ,um Dicke verwendet und den Trägerschichtbereich (15) in einer Dicke von 200 bis 500 ,um durcn Aufwachsen der polykristallinen Siliziumschichten
(13a ... 13n) und der Siliziumoxidfilme (14a ... l4m) aus der Dampfphase bei Temperaturen von 1100 bis 1250 0C und bei einer Wachstumsgeschwindigkeit der polykristallinen Siliziumschichten von 1 bis 8 ,um/min abscheidet.
of 300-100 μm in thickness and the carrier layer region (15) in a thickness of 200 to 500 μm by growing the polycrystalline silicon layers
(13a ... 13n) and the silicon oxide films deposited (14a ... L4M) from the vapor phase at temperatures from 1100 to 1250 0 C and at a growth rate of polycrystalline silicon layers of 1 to 8, um / min.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man für eine Unterlage (16) mit 50 mm Durchmesser die Zahl η der abzuscheidenden polykristallinen Siliziumschichten (13a ... 13n) nach der Formel4. The method according to claim 3 »characterized in that that for a base (16) with a diameter of 50 mm, the number η of the polycrystalline silicon layers to be deposited (13a ... 13n) according to the formula H— A · η + BH- A · η + B bestimmt, worin H den maximal zulässigen Biegungsausschlag in ,um, A eine durch die Beziehung A=* -18 ( .um je einzelne Schicht) bestimmte Konstante und B eine
durch die Beziehung B^ 60 bis 200 (,um) bestimmte Konstante bedeuten.
determines where H is the maximum permissible deflection in, um, A is a constant determined by the relationship A = * -18 (.um per individual layer) and B is a
mean constant determined by the relationship B ^ 60 to 200 (.mu.m).
609825/0 7 2?609825/0 7 2?
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man jede polykristalline Siliziumschicht (13a ... 13n) des Trägerschichtbereichs (15) mit einer Dicke von etwa 45 /Um und jeden Siliziumoxidfilm (14a ... l4m) mit einer Dicke von 0,3 bis 2 .um abscheidet.5. The method according to claim 2 or 3, characterized in that each polycrystalline silicon layer (13a ... 13n) of the carrier layer area (15) with a thickness of about 45 / µm and each silicon oxide film (14a ... l4m) a thickness of 0.3 to 2 .um is deposited. 609825/0727609825/0727 Le e rs e i tRead on
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